Сушка древесины инфракрасными лучами — один из скоростных способов сушки, при котором в качестве источника тепла используется лучистая энергия.
В последние годы лучистой энергией сушатся, главным образом, поверхности деталей или изделий, покрытых лакокрасочными составами. Опыты Украинского научно-исследовательского института механической обработки древесины и Московского энергетического института способствовали широкому применению сушки бука, дуба и сосны толщиной до 50 мм со значительным сокращением сроков просыхания при сохранении хорошего качества материала.
Инфракрасные лучи, не видимые глазом, испускаются теми же источниками, что и видимые лучи, т. е. раскаленными телами, газами, светящимися при электрических зарядах, и др.
Световые волны, возникающие при колебаниях электронов внутри атомов и молекул, переносят энергию, получаемую от источника света, на тела их поглощающие.
Любое излучение тела сопровождается потерей энергии. Оно происходит либо за счет уменьшения энергии самого тела, либо за счет получения ее телом извне. Когда нагреваемое тело светится, то энергия излучения берется за счет передачи телу некоторого количества тепла извне. Такого рода излучение в физике носит название температурного или теплового.
Световые волны, проходя от источника излучения через любую среду, в какой-то мере поглощаются ей.
С точки зрения теории упруго связанных электронов поглощение света вызывается тем, что проходящая световая волна возбуждает вынужденные колебания электронов. На поддержание этих колебаний затрачивается энергия, переходящая затем в энергию других видов. Если в результате столкновений между атомами энергия колебания электронов переходит в энергию беспорядочного молекулярного движения, то тело нагревается. Это и происходит при воздействии на тело инфракрасных лучей. Максимальная глубина проникновения инфракрасных лучей в сухую древесину составляет около 2 мм, а во влажную — еще меньше. Таким образом, инфракрасные лучи непосредственно нагревают только поверхность материала или изделия.
Источниками инфракрасных лучей являются обычные температурные излучатели — лампы накаливания, спирали, по которым проходит электрический ток, отражательные поверхности и др. Осветительные лампы устанавливают в нетускнеющем (алюминиевом, хромированном) рефлекторе. В зеркальной лампе стеклянной колбе придают форму рефлектора. Изнутри верхнюю часть колб экранируют серебром, нижнюю часть открывают для выхода лучей. Рабочее напряжение ламп 127 в. Для удлинения срока их службы напряжение понижают на 10—15%. При этих условиях срок службы ламп достигает 5000—10 000 час. Применяют лампы мощностью 250 и 500 вт. Для сушки отделочных покрытий ЦНИИМОД рекомендует лампы мощностью 250 вт.
Применяя электрические спирали, устраивают плоские или иные отражатели. Для получения лучистой энергии применяют и более дешевые источники энергии — обычные топочные газы или естественный газ. По своему устройству и назначению радиационные сушилки могут быть разделены на три типа:
1) переносные сушилки в виде небольших щитов или камер для местного нагрева;
2) тоннельные, большей частью конвейерные, сушилки с поперечным сечением в виде круглой трубы или прямоугольника;
3) камерные сушилки с верхним боковым или круговым расположением излучателей.
Поперечные сечения тоннельных и размеры камерных радиационных сушилок зависят от габаритных размеров высушиваемых в них изделий с добавлением необходимых размеров на монтаж Источников энергии и промежутков между материалом и излучателем.
Сушилки должны быть хорошо теплоизолированы и, по возможности, герметизированы. Герметизация важна в тех случаях, когда из высушиваемого покрытия испаряются вредные или с неприятным запахом растворители, а также при сушке древесины по режиму, требующему повышенной влажности воздуха в камере.
Циркуляция воздуха внутри сушилки может быть естественная или принудительная. При определении воздухообмена в камере учитывается допустимая концентрация паров растворителя. К преимуществам сушилки инфракрасными лучами относятся:
1) простота оборудования и легкость регулирования режима;
2) отсутствие высококвалифицированного обслуживания, как например, при сушке в поле токов высокой частоты;
3) возможность применения дешевого источника тепла для получения лучистой энергии;
4) возможность конвееризации сушильного процесса в поточном производстве вследствие значительного сокращения сроков сушки.
Недостатком этого способа является большой расход электроэнергии (если источник радиации — электричество).
Сушилки инфракрасными лучами по сравнению с другими видами сушилок значительно опаснее в пожарном отношении.
В сушильных камерах при определенных условиях возможно образование взрывоопасных смесей. Появление источника воспламенения может вызвать пожар или даже взрыв сушильной камеры. Как правило, сушилки инфракрасными лучами работают при концентрации паров летучих жидкостей в воздухе менее нижнего предела взрыва. Образование взрывоопасных концентраций в камерах происходит при нарушении режима эксплуатации или появлении неисправностей.
Возрастание концентрации паров в сушильной камере происходит при увеличении поверхности испарения, повышении его интенсивности, уменьшении кратности обмена воздуха, а также при работе сушилки с большим коэффициентом возврата воздуха. С увеличением поверхности испарения возрастает объем паров, приходящихся на единицу объему сушки. Это наблюдается обычно при перегрузке сушилок высушиваемым материалом.
При увеличении интенсивности испарения, т. е. повышении скорости парообразования с единицы поверхности высушиваемого материала, возрастает также количество выделяющихся паров. Часто это происходит при повышении температуры в камере.
Снижение кратности обмена воздуха в сушильной камере, при том же количестве выделяющихся паров, неизбежно приведет к увеличению их концентрации. Такое состояние возникает при снижении производительности вентилятора (уменьшение числа оборотов, неправильное направление вращения и т. п.), увеличении сопротивления линии (засорение фильтров, решеток, неправильная регулировка шиберов), а также при неисправностях линий между сушилкой и вентилятором (образование отверстий при повреждениях, коррозии). Наиболее опасна остановка вентилятора, т. е. полное прекращение циркуляции воздуха. В этом случае пары совершенно не отводятся из системы и концентрация их быстро возрастает.
Источниками воспламенения горючих веществ в сушильной камере могут быть: нагретые поверхности системы обогрева; теплота, вызываемая механическими воздействиями при неисправностях вентиляционной или транспортирующей системы; теплота химических реакций, возникающая при самовозгорании веществ; занесение в камеру источников открытого огня при грубом нарушении режима эксплуатации.
Для обеспечения безопасности сушилок, а также связанных с ними производственных помещений, сушильные камеры желательно выносить из помещения или отделять их брандмауэром. Сушилки инфракрасными лучами часто имеют сравнительно небольшие размеры, поэтому они располагаются непосредственно в производственном помещении и выполняются из несгораемых материалов. Сушильная камера должна оборудоваться самостоятельной вентиляционной системой, не связанной с общецеховой вентиляцией. Чтобы предотвратить выход паров летучего растворителя из сушильной камеры, давление в ней необходимо поддерживать несколько ниже, чем давление воздуха в производственном помещении. Вентиляционная установка должна обеспечивать концентрацию паров в объеме сушильной камеры менее нижнего предела взрыва. Обычно рабочую концентрацию воздуха в сушилке принимают в полтора-два раза менее нижнего предела взрыва. Транспортные приспособления необходимо выполнять из несгораемых материалов, а приводы располагать вне сушильной камеры. Чтобы избежать образования искр от механических ударов, притворы дверей следует изготовлять из материалов, не дающих искр, лопасти или ротор вентилятора на выкидной линии — из мягкого металла, ободы колес вагонеток или рельсы — также из мягкого металла. При сушке инфракрасными лучами необходимо устанавливать предельно допустимое расстояние от ламп до высушиваемой поверхности, которое зависит от их мощности и вида высушиваемого материала. Требования к установке ламп и монтажу всего электрохозяйства должны соответствовать «Правилам устройства электроустановок». Во всех ламповых сушилках и других сушилках радиационного типа с непрерывным движением высушиваемых изделий следует предусматривать приспособление для автоматического отключения системы обогрева при внезапной остановке конвейера или соответствующую сигнализационную тревожную систему.
Чтобы избежать разрушения конструкции сушилок при взрыве, закрытые сушильные камеры должны иметь легкое покрытие или предохранительные клапаны (взрывные панели). Их располагают так, чтобы взрывная волна направлялась в наиболее безопасную сторону. При эксплуатации сушилок необходимо следить за регулярностью очистки сушильных камер, воздуховодов, фильтров и транспортных приспособлений от пыли и других отложений, а также за состоянием и качеством смазки трущихся поверхностей. Чтобы предотвратить развитие пожара, на линиях подачи свежего воздуха и на отсасывающих линиях следует устанавливать автоматические закрывающиеся задвижки.
Сушилки инфракрасными лучами должны быть обеспечены достаточным количеством средств пожаротушения, а сушилки для окрашенных деревянных изделий должны иметь спринклерную систему. Для закрытых сушилок рекомендуются стационарные установки объемного тушения паром, продуктами сгорания и т. п. Вблизи сушилок в соответствии с нормами Госпожнадзора следует устанавливать внутренние пожарные краны, огнетушители и ящики с песком.